阿丁枫人工林地上部分生物量和碳储量分布格局

吴 敏，钟连香，梁小春，李俊贞，秦武明

(1. 广西南宁树木园，广西 南宁 530031； 2. 广西大学林学院，广西 南宁 530000)

森林作为陆地生态系统的重要组成部分，在改善生态环境、增加森林碳汇和碳吸存能力方面发挥着重要的作用[1-2]。人工林是森林的重要组成部分，通过造林、再造林等活动增加森林生态系统碳固定量，有利于推进中国碳汇林业的发展。乡土树种是我国人工林的重要组成部分，其在我国林业生态建设和产业发展中发挥重要的积极作用。目前，国内学者先后对我国一些乡土树种如马尾松(Pinusmassoniana)[3]、杉木(Cunninghamialanceolata)[4]、秃杉(Taiwaniaflousiana)[5]、杨树(Populus)[6]等人工林生态系统碳汇功能及其分配格局进行了研究，为乡土树种人工林生态系统碳汇功能和生态效益的评估提供了数据支撑。

阿丁枫(Altingiachinensis)，别名蕈树、老虎皮，为金缕梅科(Hamamelidaceae)蕈树属(Altingia)常绿乔木，是我国南方地区珍贵的乡土树种，自然分布于福建、浙江、湖南、广西、广东等地区[7]。阿丁枫适应性广，为良好的用材和园林绿化树种，同时其木材是培养香菇的最好木材之一，树脂广泛应用于药理和定香[8]，经济和生态效益较高，发展前景可观。近年来，学者在阿丁枫种子萌发[9]、扦插育苗[10]、生理活性[11]、人工林培育[12]等方面开展了研究，同时李江等[13]也对云南地区几种阔叶人工林碳储量进行了初步探究，发现阿丁枫固碳作用明显。以广西南宁树木园内的30年生阿丁枫人工林为研究对象，通过对其生物量、生产力、碳储量及分布格局进行研究，分析阿丁枫人工林的固碳特性，为评价阿丁枫人工林生态系统碳储量和固碳潜力提供数据支撑。

1 试验地概况

试验样地位于广西南宁市郊树木园内，北回归线以南，地理坐标为22°40′N，108°21′E，属南亚热带季风气候，温暖湿润，年均温21.8 ℃，降雨丰富，年均降水量为1 340 mm。试验所选标准地为低矮山丘，海拔约346 m，坡度约20°。实验地以赤红壤为主，土层厚度80～120 cm。乔木层优势树种为阿丁枫，于1988年实生苗种植，林下植物包括米老排(Mytilarialaosensis)、粗叶榕(Ficushirta)、杜茎山(Maesajaponica)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、竹叶草(Oplismenuscompositus)等。

2 研究方法

2.1 林分调查与解析木选取

对试验林进行实地踏查后，按照典型选样原则选取阿丁枫人工林临时标准样地3块，每块样地为20 m×20 m，共计1 200 m2。测量样地内所有林木的树高、胸径、枝下高和冠幅指标，每个样地内选出2株能代表样地实际平均水平的样木作为标准木，共计6株，标准木要求生长正常且不断梢。

2.2 生物量与生产力测定

将选取的标准木伐倒，采用全株收获法[14]测定各标准木树叶、树枝、树干和树皮鲜重，分别取样500 g封于袋中，带回实验室105 ℃杀青30 min后80 ℃烘干至恒重，计算各器官样品含水率，由此推算各平均木生物量、乔木层生物量以及林分生产力。林下凋落物层和灌草层生物量测定采用样方收获法[15]。林木通过光合作用生产的有机物质减去林木呼吸的消耗量所剩下的部分称为净生产量[16]，通常采用单位时间内平均净生产量作为生产力的估算指标。参照韦昌幸等[17]测算木荷人工林生产力的方法，阿丁枫干材、树皮和树枝的平均净生产量按林分年龄30年计算，树叶平均净生产量则以叶在林木上着生5年计算。将生物量测定过程中经烘干的样品分别粉碎测定碳素含量，各组分碳素含量的测定均采用重铬酸钾氧化-外加热法[18]。

2.3 数据处理与分析

利用Excel 2010软件对数据进行常规处理，同时应用SPSS 20.0进行统计分析，各指标计算公式如下：

1)年均生产力=植物各组分生物量/林龄

2)植物各组分碳储量=植物各组分生物量×植物各组分碳含量/1000

3)乔木层各器官年净固碳量=乔木层各器官年平均生物量×各器官碳含量/1000

3 结果与分析

3.1 阿丁枫单株生物量分布

30年生阿丁枫地上部分的生物量为553.60 kg/株，其中干材生物量为378.69 kg/株，显著高于其余部位，占比达68.40%；树枝生物量次之，为106.58 kg/株，占19.25%。地上部分各器官生物量大小排序为干材>树枝>干皮>树叶(图1)。

图1 阿丁枫单株生物量分配

3.2 不同结构层次碳素含量

阿丁枫各器官碳素含量呈现的趋势为树叶>干材>树枝>干皮，各器官碳素含量为441.90～469.33 g/kg，乔木层地上部分平均碳素含量为458.38 g/kg。阿丁枫人工林凋落物层和灌草层碳素含量分别为421.21 g/kg、445.64 g/kg。林分地上部分碳素含量以乔木层最高，灌草层(445.64 g/kg)次之，凋落物层(421.21 g/kg)最低(表1)。

表1 阿丁枫人工林不同结构层次碳素含量

3.3 碳储量及其分配格局

阿丁枫人工林地上部分生物量为271.77 t/hm2，其中乔木层生物量为265.73 t/hm2，占地上部分生物量的97.78%。乔木层生物量以干材最大，达181.77 t/hm2，阿丁枫各器官生物量大小排序为干材>树枝>干皮>树叶。凋落物层的生物量为4.46 t/hm2，占地上部分生物量的1.64%；灌草层生物量最小，仅为1.58 t/hm2(表2)。

表2 阿丁枫人工林不同结构层次碳储量分布

阿丁枫人工林地上部分碳储量为125.10 t/hm2，其中乔木层碳储量最大，为122.52 t/hm2，占地上部分碳储量的97.94%；灌草层碳储量为0.70 t/hm2，占0.56%；凋落物层碳储量为1.88 t/hm2，占1.50%。乔木层中各器官碳储量所占比例与其生物量所占比例相对应，以干材最大(84.10 t/hm2)，占乔木层碳储量的68.65%，其次是树枝和干皮，分别占19.19%和6.51%；树叶碳储量最少(6.92 t/hm2)，占5.65%。

3.4 乔木层地上部分年净固碳量估算

根据乔木层各器官平均净生产力与其相应的碳素含量，求得阿丁枫人工林地上部分年净固碳量，并且进行阿丁枫人工林生态系统同化CO2能力的估算(表3)。

表3 阿丁枫人工林乔木层地上部分年净固碳量

从表3可以看出，30年生阿丁枫人工林地上部分净生产力为11.32 t/hm2，年净固碳量为5.24 t/hm2，折合CO2固定量19.18 t/hm2。林木各器官中干材年净固碳量最大，达到2.80 t/hm2，占总年净固碳量的53.44%；干皮年净固碳量仅为0.27 t/hm2，占5.15%。

4 讨论与结论

30年生阿丁枫林乔木层地上部分生物量为265.73 t/hm2，林分净生产力为11.32 t/hm2，与其他乡土树种相比，高于48年生木荷(Schimasuperba)[19]和27年生观光木(Micheliaodora)[20]，表现出较高的生物量和生产力；但与速生树种15年生桉树(Eucalyptusrobusta)[21]相比，生物量和生产力均未占优势，说明在阿丁枫人工林栽培中，应注意林分水肥、光照以及密度控制，以提高林分的生物量和生产力。在阿丁枫人工林中，地上部分生物量为乔木层>凋落物层>灌草层，乔木层生物量占比为97.78%，说明乔木层对整个生态系统生物量的影响占绝对优势；林下灌草层和凋落物层生物量占比较小，但其在森林植被多样性、养分循环等方面的作用不可忽视。

森林碳储量的大小与森林生物量和含碳系数密切相关，通常在进行碳储量计算时以换算系数450 g/kg或者500 g/kg进行估算[22]。研究结果显示，阿丁枫地上部分各器官碳素含量为441.90～469.33 g/kg，与相近区域火力楠(Micheliamacclurei)等树种[23-24]的研究结果相近，但低于青钩栲(Castanopsiskawakamii)[25]、马尾松[26]以及秃杉[5]各器官平均碳素含量，说明林木中碳素的含量与树种密切相关，各器官碳素含量的差异也反应了不同树种碳素积累与分配特点。

30年生阿丁枫地上部分平均碳储量达125.10 t/hm2，明显高于我国亚热带常绿阔叶林碳储量平均水平(61.05 t/hm2)[27]，其中乔木层碳储量达122.52 t/hm2，占比为97.94%。有研究表明，中国森林年均净固碳量为5.54 t/hm2，本研究中阿丁枫乔木层地上部分年净固碳量达5.24 t/hm2，折合CO2为19.18 t/hm2，与中国森林年均固碳量接近，同时高于相近区域的观光木[28]和火力楠[23]年净固碳量，可见阿丁枫人工林具有较强的固碳能力。

综合分析可知，阿丁枫作为我国乡土用材树种，人工林生物量和生产力水平较大，固碳能力强，合理经营阿丁枫人工林能够有效增强人工林的碳汇功能，促进生态系统碳循环和环境改善。